JP2007119602A - フェロコークス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フェロコークスの原料である鉄鉱石が保有している結晶水が、フェロコークスの強度に与える影響を検討し、高結晶水鉱石を用いる際にも、高強度を有するフェロコークスを製造可能な、フェロコークスの製造方法を提供すること。
【解決手段】石炭および鉄鉱石を混合した混合物を原料とし、該混合物を乾留してフェロコークスを製造する際に、原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合に応じて定めたギーセラー最高流動度を有する石炭を原料として用いることを特徴とするフェロコークス製造方法を用いる。原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合x％と、前記石炭のギーセラー最高流動度（MF）とが、（イ）式および（ロ）式を満たすようにギーセラー最高流動度を決定することが好ましい。logMF≧0.16x+1.0（但し、x＜１．９）・・・（イ）、logMF≧0.62x+0.12（但し、x≧１．９）・・・（ロ）
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉原料として用いるのに好適な、石炭および鉄鉱石を原料として乾留して製造するフェロコークスの製造方法に関し、特に高結晶水鉱石を用いたフェロコークスの製造方法に関するものである。

原料石炭に粉鉄鉱石を配合し、この混合物を通常の室炉式コークス炉で乾留してフェロコークスを製造する技術としては、ａ）石炭と粉鉄鉱石との粉体混合物を室炉式コークス炉に装入する方法、ｂ）石炭と鉄鉱石を冷間、すなわち室温で成型し、その成型物を室炉式コークス炉に装入する方法、などが検討されてきた（例えば、非特許文献１参照。）。しかし通常の室炉式コークス炉は珪石煉瓦で構成されているので、鉄鉱石を装入した場合に鉄鉱石が珪石煉瓦の主成分であるシリカと反応し、低融点のファイヤライトが生成して珪石煉瓦の損傷を招く。このため室炉式コークス炉でフェロコークスを製造する技術は、工業的には実施されていない。

近年室炉式コークス製造法に替わるコークス製造方法として、連続式成型コークス製造法が開発されている。連続式成型コークス製造法では、乾留炉として、珪石煉瓦ではなくシャモット煉瓦にて構成される竪型シャフト炉を用い、石炭を冷間で所定の大きさに成型後、シャフト炉に装入し、循環熱媒ガスを用いて加熱することにより成型炭を乾留し、成型コークスを製造する。資源埋蔵量が豊富で安価な非微粘結炭を多量に使用しても、通常の室炉式コークス炉と同等の強度を有するコークスが製造可能なことが確認されているが、使用する石炭の粘結性が高い場合にはシャフト炉内で成型炭が軟化融着し、シャフト炉操業が困難になると共に変形や割れ等のコークス品質低下を招く。

連続式成型コークス製造法でのシャフト炉内での融着抑制のために、石炭に鉄鉱石を全体量の１５〜４０％となるように添加し、冷間で成型物を製造し、シャフト炉に装入する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法では、鉄鉱石には粘結性がないので、冷間の状態で成型物を製造するために高価なバインダを添加する必要があるので、石炭と鉄鉱石を加熱した熱間の状態で塊成型物に成型する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記のように石炭と鉄鉱石とを混合した成型物を熱処理して、強度に優れた成型コークス（フェロコークス）を製造するためには、鉄鉱石に最適な粒度があり、２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下の粗粒割合を最適化した成型コークスの製造方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。また、石炭と鉄鉱石とを混合したペレットについても、還元後の強度に優れた炭材内装ペレットとして、鉄鉱石中の１０μｍ以下の微粉割合を最適化したものが知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平６−６５５７９号公報 特開２００４−２１７９１４号公報 特開平８−０１２９７５号公報 特開２０００−１６０２１９号公報 燃料協会 「コークス技術年報」１９５８年、ｐ．３８

原料である鉄鉱石の品質のうち、鉄鉱石の粒度がフェロコークスの強度に及ぼす影響については、上記のように従来から様々な検討がなされている。一方で、鉄鉱石が保有している結晶水の影響も大きいと考えられるが、結晶水がフェロコークスの強度に及ぼす影響については十分に検討が行なわれていない。したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、フェロコークスの原料である鉄鉱石が保有している結晶水が、フェロコークスの強度に与える影響を検討し、高結晶水鉱石を用いる際にも、高強度を有するフェロコークスを製造可能な、フェロコークスの製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）石炭および鉄鉱石を混合した混合物を原料とし、該混合物を乾留してフェロコークスを製造する際に、前記原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合に応じて定められたギーセラー最高流動度（ＭＦ）を有する石炭を前記原料として用いることを特徴とするフェロコークス製造方法。
（２）原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合x％と、前記石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）とが、下記（イ）式および（ロ）式を満たすようにギーセラー最高流動度を定めることを特徴とする（１）に記載のフェロコークス製造方法。

logMF≧0.16x+1.0 （但し、x＜１．９）・・・（イ）
logMF≧0.62x+0.12 （但し、x≧１．９）・・・（ロ）
（３）さらに、原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量分率x％と、前記石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）とが、下記（ハ）式を満たすことを特徴とする（２）に記載のフェロコークス製造方法。

logMF≦0.13x+2.5 ・・・（ハ）
（４）原料として、さらに粘結材を混合し、原料中の石炭および粘結材の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合に応じて石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）を定めることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載のフェロコークス製造方法。

本発明によれば、原料コストを上昇させることなく高炉使用に耐え得る高強度のフェロコークスの製造が可能となる。また、高結晶水鉱石をフェロコークス製造原料として使用できるので、その分、焼結鉱原料として使用する割合を低減可能であり、焼結鉱が高品位化する。今後、良質な焼結鉱原料の供給量が減少した場合にも、低品位な鉄鉱石をフェロコークス原料として使用することが可能であり、資源拡大効果が期待される。

フェロコークスは、原料である石炭および鉄鉱石を混合し、これを乾留して製造される。なお、原料を混合後乾留前に原料の混合物を成型しておくとフェロコークスの強度が向上するので、通常の場合成型行程を有することが多い。鉄鉱石中の結晶水は約３００〜５００℃で熱分解して放出される。これに伴い鉄鉱石粒子中の空隙は増加し比表面積は増加する。一方、石炭の軟化溶融温度は３５０〜５００℃であり、鉄鉱石中の結晶水の放出温度帯とほぼ一致している。この結果、石炭の軟化溶融温度域において、鉄鉱石粒子の表面積増加にともなう鉱石からの酸素放出反応（還元）が促進され、石炭のコークス化作用（軟化溶融性）を阻害する。

結晶水割合の高い鉄鉱石を配合する場合、製造するフェロコークスの強度を維持するためには原料中の石炭の軟化溶融性を良くして粒子の結合力を高める必要がある。原料に粘結材を添加する場合は、粘結材の軟化溶融性も良くすることが好ましい。

したがって、結晶水を多く含む鉱石を原料としてもフェロコークスの強度を維持できる、すなわち、鉄鉱石中の結晶水の割合によらず強度に優れたフェロコークスを製造する方法として、鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて軟化溶融性を補填する方法が考えられる。必要以上の補填を行なうと、製造コストの増加が懸念されるため、結晶水の割合に対してどの程度の軟化溶融性（粘結性）が必要であるかを明らかにする必要がある。そこで、所定の強度を有するフェロコークスを製造するために必要な結晶水と石炭の粘結性の関係を明らかにして、以下の本発明のフェロコークスの製造方法を完成した。

本発明では、原料として石炭および鉄鉱石を混合し、該混合物を乾留して得られるフェロコークスを製造する際に、原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて石炭の粘結性を決定する。具体的には、原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）、あるいは膨張圧を決定し、決定したギーセラー最高流動度（ＭＦ）、あるいは膨張圧を有するような石炭をフェロコークスの原料としてフェロコークスを製造する。従来から測定が行なわれており、データの蓄積が豊富な点で、ギーセラー最高流動度（ＭＦ）を用いて石炭の配合を決定することが好ましい。

原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）を決定する際には、原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合と、石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）の関係を、図１のグラフにおいて、斜線で示す、折れ線Ａの上方範囲の組合せとすることが好ましい。石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）が必要以上に高い場合は、製造コストが増加するので、図２に示すように、原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合と、石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）の関係が、直線Ｂの下方範囲の組合せとすることが好ましい。従って、図２において直線Ａ１、Ａ２、Ｂに囲まれた組合せとすることが特に好ましい。原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合をx、ギーセラー最高流動度をMFとして、直線Ａ１はlogMF=0.1579x+1.000（但し、x＜１．９）、直線Ａ２はlogMF=0.6190x+0.1238（但し、x≧１．９）、直線ＢはlogMF=0.1250x+2.500で表すことができる。従って、図１において斜線で示す、折れ線Ａの上方範囲は下記（イ）式および（ロ）式で、図２において直線Ａ１、Ａ２、Ｂに囲まれた範囲は下記（イ）式、（ロ）式、（ハ）式で表すことができる。

logMF≧0.16x+1.0 （但し、x＜１．９）・・・（イ）
logMF≧0.62x+0.12 （但し、x≧１．９）・・・（ロ）
logMF≦0.13x+2.5 ・・・（ハ）
従って、特に結晶水の割合の高い鉄鉱石（原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合が１．９質量％以上）を用いる際には、図２において直線Ａ２と直線Ｂとの間の領域のＭＦを有する石炭を用いてフェロコークスを製造することで、高強度を有するフェロコークスを低コストで製造することができる。

フェロコークスは軟化溶融性を調整するために、原料としてさらに粘結材を混合することができる。粘結材とは、ピッチ、軟ピッチ、中ピッチなどの石炭系粘結材、ＡＳＰやＰＤＡなどの石油系粘結材、膨潤炭などの溶剤処理炭、その他、芳香族性が高く、軟化溶融する高分子系の物質等である。揮発分が多いものを多量に混合すると強度が低下する場合があるため、粘結材を混合する場合はフェロコークス全体の１０質量％以下とすることが好ましい。粘結材を混合する場合は、フェロコークス全体の１０質量％以下であれば、石炭を粘結材に置き換えてギーセラー最高流動度（ＭＦ）を調整しても効果は変わらないと考えることができ、原料中の石炭および粘結材の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合に応じて石炭の粘結性を決定する。

フェロコークス原料中の石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合がフェロコークス品質に及ぼす影響について調べるために、フェロコークスの製造試験を行なった。尚、フェロコークスの製造および品質評価は以下の手順で実施した。

まず、フェロコークス用の原料調整を行なった。石炭と鉄鉱石の配合割合および石炭と鉄鉱石の種類を各種変更した原料を調整した。使用した各種鉄鉱石Ａ〜Ｘの性状として、成分組成と結晶水の割合を表１に示す。石炭と鉄鉱石を混合したのち、成型機により１８ｃｃの成型物を製造した。この成型物を熱処理炉で乾留してフェロコークスを得た。

製造したフェロコークスの品質評価はドラム試験機で行なった。ＪＩＳではコークスの強度評価には１５０回転１５ｍｍ指数（ＤＩ１５０／１５）を使用することになっているが、フェロコークスは通常のコークスと比較すると密度が高いため体積破壊よりも表面破壊により破壊が進行する。したがって、１５０回転６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）を用いて強度評価を行なった。

フェロコークスの基準強度を１５０回転６ｍｍ指数（ＤＩ１５０／６）で８２とし、製造した各種のフェロコークスの内、強度が８２であったものについて石炭の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の割合と、石炭の粘結性をプロットした。粘結性の指標としてギーセラー最高流動度（ＭＦ）を用いた結果を図１に示す。図１において、強度８２以上のフェロコークスを得るためには、線Ａを含む線Ａの上部の、斜線で示す領域のＭＦを有する石炭を原料として用いる必要があることが分かる。

原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合と、石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）の関係を示すグラフ。 原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合と、石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）の関係を示すグラフ。

符号の説明

Ａ 折れ線
Ａ１ 直線
Ａ２ 直線
Ｂ 直線

Claims (4)

1. 石炭および鉄鉱石を混合した混合物を原料とし、該混合物を乾留してフェロコークスを製造する際に、前記原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合に応じて定められたギーセラー最高流動度（ＭＦ）を有する石炭を前記原料として用いることを特徴とするフェロコークス製造方法。
2. 原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合x％と、前記石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）とが、下記（イ）式および（ロ）式を満たすようにギーセラー最高流動度を定めることを特徴とする請求項１に記載のフェロコークス製造方法。
   logMF≧0.16x+1.0 （但し、x＜１．９）・・・（イ）
   logMF≧0.62x+0.12 （但し、x≧１．９）・・・（ロ）
3. さらに、原料中の石炭に対する鉄鉱石中の結晶水の質量分率x％と、前記石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）とが、下記（ハ）式を満たすことを特徴とする請求項２に記載のフェロコークス製造方法。
   logMF≦0.13x+2.5 ・・・（ハ）
4. 原料として、さらに粘結材を混合し、原料中の石炭および粘結材の質量に対する鉄鉱石中の結晶水の質量割合に応じて石炭のギーセラー最高流動度（ＭＦ）を定めることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェロコークス製造方法。

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